1、1实验 3.1 验证力的平行四边形定则【高考导航】抢分题型题型 1 实验原理与操作题型 2 实验数据的处理题型 3 创新实验设计(实验器材创新)实验目的1验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。实验原理(1)等效法：一个力 F的作用效果和两个力 F1、F 2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以一个力 F就是这两个力 F1和 F2的合力，作出力 F的图示，如图实1 所示。(2)平行四边形法：根据平行四边形定则作出力 F1和 F2的合力 F 的图示。(3)验证：比较 F 和 F的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相
2、同，则验证了力的平行四边形定则。题型 1 实验原理与操作例 1 某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图实3 甲所示，其中 A 为固定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细绳的结点，OB 和 OC 为细绳。图实3 乙是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)如果没有操作失误，图乙中的 F 与 F两力中，方向一定沿 AO 方向的是_。(2)本实验采用的科学方法是_。A理想实验法 B等效替代法C控制变量法 D建立物理模型法2(3)实验时，主要的步骤是：A在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B用图钉把橡皮条的一端固定在板上的 A 点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另
3、一端系着绳套；C用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置 O。记录下O 点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力 F1和 F2的图示，并用平行四边形定则求出合力 F；E只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力 F的图示；F比较 F和 F 的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：有重要遗漏的步骤的序号是_和_；遗漏的内容分别是_和_。答案 (1)F (2)B (3)C E C 中应加上“记下两条细绳的方向” E 中应说明“把橡皮条
4、的结点拉到同一位置 O”解析 点评：两次的效果相同是指两次橡皮条拉伸的方向和伸长量均相同，即需拉到同一位置 O。用一个弹簧测力计拉时，拉力的方向一定沿橡皮条的拉伸方向。针对训练：1 (安徽理综)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图实4 所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：3(1)用铅笔描下结点位置，记为 O；(2)记录两个弹簧测力计的示数 F1和 F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个
5、点，用刻度尺把相应的点连成线；(3)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置 O，记录测力计的示数F3，_；(4)按照力的图示要求，作出拉力 F1、F 2、F 3；(5)根据力的平行四边形定则作出 F1和 F2的合力 F；(6)比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。答案 (3)见解析 (6)F 和 F3题型 2 实验数据的处理例 2 (山东理综)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。如图实5 所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹
6、簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为 O1、O 2，记录弹簧秤的示数 F，测量并记录 O1、O 2间的距离(即橡皮筋的长度 l)。每次将弹簧秤示数改变 0.50 N，测出所对应的 l，部分数据如下表所示：4F（N） 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50L（cm） I0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05找出中 F2.50 N 时橡皮筋两端的位置，重新标记为 O、O，橡皮筋的拉力记为 FOO 。在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图实6 所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到 O 点，将两笔尖的位置标记为 A
7、、B，橡皮筋 OA 段的拉力记为 FOA，OB 段的拉力记为 FOB。完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图实7 中画出 Fl 图线，根据图线求得 l0_cm。(2)测得 OA6.00 cm，OB7.60 cm，则 FOA的大小为_N。(3)根据给出的标度，在图实8 中作出 FOA和 FOB的合力 F的图示。5(4)通过比较 F与_的大小和方向，即可得出实验结论。答案 (1)作图见解析 10.0(9.8，9.9，10.1 均正确) (2)1.80(1.701.90 均正确) (3)作图见解析 (4)FOO解析(1)根据表格数据，作出 Fl 图线见下图，图线的截距即表示橡皮筋原长，因此 l0
8、10.0 cm。(4)若 F与 FOO 在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的。针对训练：2 “探究求合力的方法”的实验装置如图实9 甲所示。6(1)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图实9 甲所示。其中，细绳 CO 对 O 点的拉力大小为_N；(2)请将图甲中细绳 CO 和 BO 对 O 点两拉力的合力 F 合 画在图乙上，由图求出合力的大小F 合 _N(保留两位有效数字)；(3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣，于是，他将刻度尺与弹簧测力计平行放置，如图丙所示，利用读得的数据，他得出了弹簧的劲度系数，那么，该弹簧的劲度系数 k_N/m(保留两位有效
9、数字)。答案 (1)2.60 (2)图见解析 5.1 (3)60解析 (1)由图甲可读出 CO 对 O 点的拉力大小为 2.60 N。(2)在图乙上的画图如图所示，结合作图可求知合力大小为 5.1 N。(3)由图丙可知，弹簧测力计零刻度线对应 5.0 mm，2. 60 N 对应 48.0 mm，由胡克定律，Fkx，解得kF/x60 N/m。题型 3 创新实验设计(实验器材创新)7例 3 (衡阳模拟)如图实10 所示，某实验小组同学利用 DIS 实验装置研究支架上力的分解。A、B 为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负。A 连接质量不计的细绳，可沿固定的板
10、做圆弧形移动。B 固定不动，通过光滑铰链连接长 0.3 m 的杆。将细绳连接在杆右端O 点构成支架。保持杆在水平方向，按如下步骤操作：测量绳子与水平杆的夹角AOB对两个传感器进行调零用另一根绳在 O 点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数取下钩码，移动传感器 A 改变 角重复上述实验步骤，得到表格。F1/N 1.001 0.580 1.002 F2/N -0.868 -0.291 0.865306150(1)根据表格数据，A 传感器对应的是表中力_(选填“F 1”或“F 2”)。钩码质量为_kg(保留一位有效数字)。(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是（ ）A因为事先忘记调零
11、B何时调零对实验结果没有影响C为了消除横杆自身重力对结果的影响D可以完全消除实验的误差答案 (1)F 1 0.05 (2)C解析 8针对训练：3某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则，他找到两条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端与细绳连接，结点为 O，细绳下挂一重物，两橡皮筋的另一端也都连有细绳。实验时，先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子 A 上，另一条橡皮筋任其下垂，如图实11 甲所示；再将另一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子 B 上，如图实11 乙所示。(1)为完成实验，下述操作中必需的是 A两橡皮筋的另一端连接的细绳 a、b 长度要相同B要测量橡皮筋的原长C要测量图甲和图实11 乙中橡皮筋的长度D要记录图甲中结点 O 的位置及过结点 O 的竖直方向E要记录图乙中结点 O的位置及过结点 O的竖直方向(2)对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理解正确的是（ ）A橡皮筋的材料和原长相同即可B橡皮筋的材料和粗细相同即可C橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同答案 (1)BCE (2)C解析
